Ultra tezkor lazerlar o'nlab yillar davomida mavjud bo'lsa-da, so'nggi ikki o'n yillikda sanoat qo'llanilishi tez sur'atlar bilan o'sdi. 2019-yilda ultra tezkor lazerlarning bozor qiymatilazer materialiQayta ishlash taxminan 460 million AQSh dollarini tashkil etdi, yillik o'sish sur'ati 13% ni tashkil etdi. Sanoat materiallarini qayta ishlash uchun ultra tezkor lazerlar muvaffaqiyatli qo'llanilgan qo'llanilish sohalari orasida yarimo'tkazgichlar sanoatida fotoniqoblar ishlab chiqarish va ta'mirlash, shuningdek, mobil telefonlar va planshetlar kabi iste'molchi elektronikasida kremniyni maydalash, oynani kesish/yozish va (indiy qalay oksidi) ITO plyonkasini olib tashlash, avtomobilsozlik sanoati uchun pistonli teksturalash, koronar stent ishlab chiqarish va tibbiyot sanoati uchun mikrofluidik qurilmalar ishlab chiqarish kiradi.
01 Yarimo'tkazgichlar sanoatida fotoniqoblar ishlab chiqarish va ta'mirlash
Ultra tezkor lazerlar materiallarni qayta ishlashning eng qadimgi sanoat qo'llanmalaridan birida qo'llanilgan. IBM 1990-yillarda fotoniqob ishlab chiqarishda femtosekundli lazer ablatsiyasi qo'llanilgani haqida xabar bergan. Metall sachrashi va oynaga zarar yetkazishi mumkin bo'lgan nanosekundli lazer ablatsiyasi bilan solishtirganda, femtosekundli lazer niqoblari metall sachrashi, oynaga zarar yetkazmasligi va boshqalarni ko'rsatmaydi. Afzalliklari. Ushbu usul integral mikrosxemalar (IC) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. IC chipini ishlab chiqarish uchun 30 tagacha niqob kerak bo'lishi mumkin va 100 000 dollardan ortiq turadi. Femtosekundli lazer bilan ishlov berish 150 nm dan past chiziqlar va nuqtalarni qayta ishlashi mumkin.
1-rasm. Fotoniqob tayyorlash va ta'mirlash
2-rasm. Ekstremal ultrabinafsha litografiya uchun turli xil niqob naqshlarini optimallashtirish natijalari
02 Yarimo'tkazgichlar sanoatida kremniyni kesish
Kremniy plastinkalarni maydalash yarimo'tkazgichlar sanoatida standart ishlab chiqarish jarayoni bo'lib, odatda mexanik maydalash yordamida amalga oshiriladi. Ushbu kesish g'ildiraklarida ko'pincha mikro yoriqlar paydo bo'ladi va yupqa (masalan, qalinligi < 150 mkm) plastinkalarni kesish qiyin. Kremniy plastinkalarni lazer bilan kesish yarimo'tkazgichlar sanoatida ko'p yillar davomida, ayniqsa yupqa plastinkalar (100-200 mkm) uchun qo'llanilgan va bir nechta bosqichlarda amalga oshiriladi: lazerli oluk ochish, so'ngra mexanik ajratish yoki yashirin kesish (ya'ni, kremniy scribing ichidagi infraqizil lazer nuri) va keyin mexanik lenta ajratish. Nanosekundli impulsli lazer soatiga 15 ta plastinkani, pikosekundli lazer esa soatiga 23 ta plastinkani yuqori sifat bilan qayta ishlashi mumkin.
03 Iste'mol qilinadigan elektronika sanoatida shisha kesish/yozish
Mobil telefonlar va noutbuklar uchun sensorli ekranlar va himoya oynalari yupqalashib bormoqda va ba'zi geometrik shakllar egri shaklga ega. Bu an'anaviy mexanik kesishni qiyinlashtiradi. Odatda lazerlar odatda kesish sifatini yomonlashtiradi, ayniqsa, bu shisha displeylar 3-4 qatlam qilib qo'yilganda va 700 mkm qalinlikdagi himoya oynasi qattiqlashtirilganda, bu mahalliy kuchlanish bilan sinishi mumkin. Ultra tezkor lazerlar bu oynalarni yaxshiroq chekka mustahkamligi bilan kesishga qodir ekanligi ko'rsatilgan. Katta yassi panelli kesish uchun femtosekundli lazer shisha varag'ining orqa yuzasiga fokuslanishi mumkin, bu esa old yuzasiga zarar bermasdan oynaning ichki qismini tirnaydi. Keyin oynani chizilgan naqsh bo'ylab mexanik yoki termal vositalar yordamida sindirish mumkin.
3-rasm. Pikosekundli ultra tezkor lazerli shisha maxsus shakldagi kesish
04 Avtomobil sanoatida piston teksturalari
Yengil avtomobil dvigatellari alyuminiy qotishmalaridan yasalgan bo'lib, ular quyma temir kabi aşınmaya bardoshli emas. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, avtomobil piston teksturalarini femtosekund lazer bilan qayta ishlash ishqalanishni 25% gacha kamaytirishi mumkin, chunki chiqindilar va moyni samarali saqlash mumkin.
4-rasm. Dvigatelning ishlashini yaxshilash uchun avtomobil dvigateli pistonlarini femtosekund lazer bilan qayta ishlash
05 Tibbiyot sanoatida koronar stent ishlab chiqarish
Millionlab koronar stentlar tananing koronar arteriyalariga joylashtiriladi, bu esa qonning ivib qolgan tomirlarga oqib o'tishi uchun kanal ochadi va har yili millionlab odamlarning hayotini saqlab qoladi. Koronar stentlar odatda taxminan 100 mkm tirgak kengligidagi metall (masalan, zanglamaydigan po'lat, nikel-titan shaklidagi xotira qotishmasi yoki yaqinda kobalt-xrom qotishmasi) sim to'ridan tayyorlanadi. Uzoq impulsli lazer bilan kesish bilan solishtirganda, ultra tezkor lazerlardan foydalanib, breketlarni kesishning afzalliklari yuqori kesish sifati, yaxshiroq sirt qoplamasi va kamroq chiqindilar bo'lib, bu keyingi ishlov berish xarajatlarini kamaytiradi.
06 Tibbiyot sanoati uchun mikrofluidik qurilmalar ishlab chiqarish
Mikrofluidik qurilmalar tibbiyot sanoatida kasalliklarni tekshirish va tashxislash uchun keng qo'llaniladi. Ular odatda alohida qismlarni mikroin'ektsiya qilish va keyin yelimlash yoki payvandlash yordamida yopishtirish orqali ishlab chiqariladi. Mikrofluidik qurilmalarni ultra tezkor lazer bilan ishlab chiqarishning afzalligi shundaki, ular shisha kabi shaffof materiallar ichida ulanishlarsiz 3D mikrokanallarni hosil qiladi. Bir usul - bu katta hajmli shisha ichida ultra tezkor lazer bilan ishlab chiqarish, so'ngra nam kimyoviy o'yish, ikkinchisi esa - qoldiqlarni olib tashlash uchun distillangan suvda shisha yoki plastmassa ichida femtosekund lazer ablyatsiyasi. Yana bir usul - kanallarni shisha yuzasiga mashina bilan ulash va ularni femtosekund lazer bilan payvandlash orqali shisha qopqoq bilan yopish.
6-rasm. Shisha materiallar ichidagi mikrofluidik kanallarni tayyorlash uchun femtosekund lazer bilan induktsiyalangan selektiv o'yish
07 Injektor nasadkasini mikro burg'ulash
Femtosekundli lazerli mikroteshiklarni qayta ishlash yuqori bosimli injektor bozoridagi ko'plab kompaniyalarda oqim teshiklari profillarini o'zgartirishda ko'proq moslashuvchanlik va ishlov berish vaqtini qisqartirish tufayli mikro-EDM o'rnini egalladi. Fokus holatini va nurning egilishini oldindan skanerlash boshi orqali avtomatik ravishda boshqarish qobiliyati yonish kamerasida atomizatsiya yoki penetratsiyani rag'batlantirishi mumkin bo'lgan diafragma profillarini (masalan, barrel, alangalanish, konvergensiya, divergensiya) loyihalashga olib keldi. Burg'ulash vaqti ablyatsiya hajmiga bog'liq bo'lib, burg'ulash qalinligi 0,2 – 0,5 mm va teshik diametri 0,12 – 0,25 mm, bu esa bu texnikani mikro-EDMga qaraganda o'n baravar tezroq qiladi. Mikroburg'ulash uch bosqichda amalga oshiriladi, jumladan, uchuvchi teshiklarni qo'pol ishlov berish va pardozlash. Argon quduqni oksidlanishdan himoya qilish va dastlabki bosqichlarda yakuniy plazmani himoya qilish uchun yordamchi gaz sifatida ishlatiladi.
7-rasm. Dizel dvigatel injektori uchun teskari konusli teshikni femtosekund lazer bilan yuqori aniqlikda qayta ishlash
08 Ultra tezkor lazerli teksturalash
So'nggi yillarda ishlov berish aniqligini oshirish, material shikastlanishini kamaytirish va ishlov berish samaradorligini oshirish maqsadida mikromexaniklash sohasi asta-sekin tadqiqotchilarning diqqat markaziga aylandi. Ultra tezkor lazer past shikastlanish va yuqori aniqlik kabi turli xil ishlov berish afzalliklariga ega, bu esa ishlov berish texnologiyasini rivojlantirishni rag'batlantirish markaziga aylandi. Shu bilan birga, ultra tezkor lazerlar turli xil materiallarga ta'sir qilishi mumkin va lazer bilan ishlov berish material shikastlanishi ham asosiy tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi. Ultra tezkor lazer materiallarni ablatsiya qilish uchun ishlatiladi. Lazerning energiya zichligi materialning ablatsiya chegarasidan yuqori bo'lganda, ablatsiya qilingan material yuzasi ma'lum xususiyatlarga ega mikro-nano strukturasini ko'rsatadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bu maxsus sirt tuzilishi lazer bilan materiallarni qayta ishlashda yuzaga keladigan keng tarqalgan hodisadir. Sirt mikro-nano strukturalarini tayyorlash materialning o'ziga xos xususiyatlarini yaxshilashi va yangi materiallarni ishlab chiqish imkonini berishi mumkin. Bu ultra tezkor lazer yordamida sirt mikro-nano strukturalarini tayyorlashni muhim rivojlanish ahamiyatiga ega bo'lgan texnik usulga aylantiradi. Hozirgi vaqtda metall materiallar uchun ultra tezkor lazerli sirt teksturasini tadqiq qilish metall sirtining namlanish xususiyatlarini yaxshilashi, sirt ishqalanishi va aşınma xususiyatlarini yaxshilashi, qoplama yopishishini va hujayralarning yo'nalishli proliferatsiyasi va yopishishini kuchaytirishi mumkin.
8-rasm. Lazer bilan tayyorlangan kremniy yuzasining superhidrofobik xususiyatlari
Zamonaviy qayta ishlash texnologiyasi sifatida ultra tezkor lazer bilan ishlov berish kichik issiqlik ta'sir zonasi, materiallar bilan chiziqli bo'lmagan o'zaro ta'sir jarayoni va diffraktsiya chegarasidan tashqarida yuqori aniqlikdagi ishlov berish xususiyatlariga ega. U turli materiallarni yuqori sifatli va yuqori aniqlikdagi mikro-nano ishlov berishni va uch o'lchovli mikro-nano tuzilmalarni ishlab chiqarishni amalga oshirishi mumkin. Maxsus materiallar, murakkab tuzilmalar va maxsus qurilmalarni lazer bilan ishlab chiqarishga erishish mikro-nano ishlab chiqarish uchun yangi yo'llarni ochadi. Hozirgi vaqtda femtosekund lazer ko'plab zamonaviy ilmiy sohalarda keng qo'llanilmoqda: femtosekund lazeridan mikrolinzalar massivlari, bionik birikma ko'zlari, optik to'lqin qo'llanmalari va metasiralar kabi turli xil optik qurilmalarni tayyorlash uchun foydalanish mumkin; yuqori aniqlik, yuqori aniqlik va uch o'lchovli qayta ishlash imkoniyatlaridan foydalangan holda, femtosekund lazer mikro isitgich komponentlari va uch o'lchovli mikro-fluidik kanallar kabi mikrofluidik va optofluidik chiplarni tayyorlashi yoki birlashtirishi mumkin; Bundan tashqari, femtosekund lazeri aks ettirishga qarshi, aks ettirishga qarshi, superhidrofobik, muzlashga qarshi va boshqa funktsiyalarga erishish uchun turli xil sirt mikro-nanostrukturalarini tayyorlashi mumkin; bundan tashqari, femtosekund lazeri biotibbiyot sohasida ham qo'llanilgan bo'lib, biologik mikro-stentlar, hujayra madaniyati substratlari va biologik mikroskopik tasvirlash kabi sohalarda ajoyib natijalarni ko'rsatmoqda. Keng qo'llanilish istiqbollari. Hozirgi vaqtda femtosekund lazerni qayta ishlashning qo'llanilish sohalari yildan-yilga kengayib bormoqda. Yuqorida aytib o'tilgan mikro-optika, mikrofluidika, ko'p funksiyali mikro-nanostrukturalar va biotibbiyot muhandisligi qo'llanmalaridan tashqari, u metasirt tayyorlash, mikro-nano ishlab chiqarish va ko'p o'lchovli optik ma'lumotlarni saqlash kabi ba'zi rivojlanayotgan sohalarda ham katta rol o'ynaydi.
Nashr vaqti: 2024-yil 17-aprel
